Rychlokurz chemie
Rychlokurz chemie (21/43) · 8:50

Typy chemických vazeb V tomto videu se dozvíme o různých typech chemických vazeb. Těmi budou kovalentní, polárně-kovalentní a iontové.

Lidé, stejně jako atomy, jsou závislí na vazbách. Co všechny ty vztahy ve vašem životě? Běžné známosti, kolegové, přátelé a další. A možná i někdo velmi speciální. Možná se jen s někým scházíte, možná jste ve vztahu nebo v manželství. Je tu spousta různých kombinací mezi lidmi. A někdy se zamilují do upíra nebo vlkodlaka. Nesoudím je. Každý typ vztahu vyžaduje něco jiného od vás a od vašeho protějšku. Pokud to ale děláte správně, tak si díky nim můžete odpočinout a uniknout od stresu, který máme při hledání náklonnosti k druhému. Vzdálenost je také důležitá pro vztah. Na velkou vzdálenost je těžké pořád myslet na toho druhého a vyžaduje to dost úsilí. Ale i moc krátká vzdálenost může být problémem. Každý potřebuje svůj prostor a když ho nemá, tak pořád jen od sebe odstrkuje vše, co ho utiskuje. V tomto ohledu nám jsou atomy podobné. Jejich vztahy se nazývají vazby, stejně jako ty naše. A také existuje spousta různých typů. Každý typ atomistického vztahu vyžaduje jiný typ energie. Ale všechny udělají vše pro uvelebení se v pozici s nejmenším stresem. Povaha vazby mezi atomy závisí na jejich vzdálenosti, stejně jako u lidí, a upírů a vlkodlaků, předpokládám, ale také závisí na tom, jestli jsou pozitivní nebo negativní. Avšak na rozdíl od lidských vztahů můžeme přesně zanalyzovat jak různé typy chemických vztahů fungují. A o tom bude dnešní epizoda. Mějte ale na paměti, že tady v Rychlokurzu nedáváme žádné rady ohledně vztahů. Nejprve nás napadne, proč to vlastně ty atomy dělají? Stejně jako vše ostatní ve vesmíru, atomy se všemožně snaží snížit svou energii. Tu sníží tak, že naleznou rovnováhu mezi přitažlivými a odpudivými silami. Nejsou ani moc dotěrní ani odtažití. Když se dva atomy dostatečně přiblíží, jejich elektrony jsou přitahovány jádrem toho druhého. Tomu říkáme elektrostatické síly. Stejné náboje se odpuzují, opačné přitahují. Stejně jako v životě.. nebo alespoň v písních Paula Abdula. Jsem starý, uznávám to. Když je jeden atom přitahován jiným, tak je to jako když Edward Cullen a Bella při hodině chemie... ...abych tedy použil modernější odkaz... ...jsou ze sebe navzájem nervózní a snaží se tento stres uvolnit tím, že se sblíží. To všichni známe, ne? Ta sexy, podivínská upírka z hodin chemie. Je to prostě intenzivní pocit. Touha je velká a úroveň stresu, či energie vzroste, když jsou oddělení, proto se příliš od sebe nevzdalují. Občas však můžou být příliš blízko u sebe. Pokud se tak stane, jádra se odpudí, jelikož mají stejný náboj. A protože energie mezi nimi prudce vzroste, odmrští je od sebe. Ale jen natolik, aby našli pro všechny ideální vzdálenost. Této ideální vzdálenosti říkáme délka vazby. Je to mezijaderná vzdálenost v bodě s minimální energií. Můžeme též říct, že se jedná o vzdálenost, ve které se přitažlivé a odpudivé síly vyruší. Vzdálenost atomů chloru, ve které molekula dosáhne minima energie, které je dáno přitažlivými silami mezi elektrony a jádry a odpudivými silami mezi jádry navzájem, se nazývá délka vazby. Do tohoto energetického minima, které má hodnotu -239 kilojoulů na mol (kJ/mol), se dostaneme při mezijaderné vzdálenosti 0,00199 nanometrů (nm). Tato vzdálenost představuje délku vazby molekuly chloru Cl₂. Elektrony jsou však přitahovány k oběma jádrům v molekule, proto stráví většinu času v prostoru mezi nimi. Říkáme tomu sdílení elektronů a typ vazby na tomto založený se nazývá kovalentní. Ne všechno sdílení je vždy férové. Já to vím nejlíp, mám staršího bratra. Síla, kterou si atom dokáže udržet elektrony se nazývá elektronegativita. Elektronegativitu pro každý prvek můžete snadno najít v tabulkách či na internetu. Pokud dva atomy mají odlišnou hodnotu elektronegativity, například vodík s 2,1 a kyslík s 3,5, pak jsou elektrony přitahovány k atomu s vyšší elektronegativitou. Elektrony dokonce stráví většinu času v okolí elektronegativnějšího atomu a o mnoho méně času jsou u toho slabšího. Stejně jako všechni děti v okolí si radši hráli s Johnem, mým starším bratrem, protože byl více charismatický. Když se elektrony nahrnou na jednu stranu vazby, vytvoří tím částečný negativní náboj v této oblasti a částečný pozitivní náboj na opačné straně. Tomuto rozdělení nábojů říkáme polarita. A právě polarita molekuly, které tvoří tyto dva prvky, H₂O, dělá z vody nejvýznamnější molekulu na Zemi. Takové kovalentní vazby, ve kterých jsou elektrony přitahovány více k jednomu atomu a ve kterých je rozdělen náboj, nazýváme polárně kovalentní vazby. Oproti tomu kovalentní vazba mezi dvěma stejnými atomy, například atomy chloru, ty už jsme tu měli dříve, ty mají elektrony sdíleny spravedlivě. Tomu říkáme nepolární kovalentní vazba. Také ale může nastat něco mezi tím, kdy atomy nejsou stejné, ale zároveň mají velmi podobnou elektronegativitu. Jako například vodík s elektronegativitou 2,1 a síra s 2,5. Rozdíl je tu tak malý, že mají elektrony rozloženy poměrně rovnoměrně. Tomu také říkáme nepolární kovalentní vazba. Existuje celá odnož důležitých sloučenin, které obsahují tyto vazby. Je jich tolik, že jim věnujeme celé díly Rychlokurzu chemie. Kovalentní vazby se vyskytují hlavně mezi nekovy, případně i mezi polokovy, ty mají jak kovové tak nekovové vlastnosti. Je to proto, že si většina z nich drží elektrony těsně u sebe, a radši sdílí s jinými atomy, než aby je musela odevzdat. Na druhé straně kovy mají velmi slabě vázány valenční elektrony, proto o ně často přicházejí a stávají se z nich kationty. Pokud se potká kation s aniontem, například s takovým halogenidem, víte dobře, co se stane. Jsou k sobě přitahovány, museli bychom dodat energii, abychom je oddělili. Udělají vše pro tvorbu vazby a dosažení toho skvělého minima energie. Nepřekvapí nás, že tato vazba se nazývá iontová a vytvoří se kation a anion. Ionty se vždy vytvářejí, když jeden atom odevzdá elektrony a druhý je přijme. Říkáme, že iontová vazba se tvoří přenosem elektronu z jednoho atomu na druhý. Energii vazby mezi ionty v dané vzdálenosti můžeme vypočítat pomocí takzvaného Coulombova zákona. Tento vzorec slouží pouze pro iontovou vazbu, vyžaduje totiž dva oddělené ionty. A ty kovalentní vazby nemají. Dle Coulombova zákona se energie mezi dvěma ionty rovná součinu nábojů iontů, ...ty tu označujeme jako "Q", protože prostě proto... vyděleno vzdáleností, nebo poloměrem mezi těmi dvěma jádry. To celé vynásobíme konstantou, 2,31 krát 10 na -19 joulů na nanometr (J.nm). Vzdálenost samozřejmě musíme také dosadit v nanometrech, aby to vyšlo. Pojďme si to vyzkoušet na nějaké jednoduché molekule. Co třeba chlorid sodný, sůl kamenná? Víme, že náboj na sodíkovém kationtu je +1 a na chloridovém aniontu -1. To dosadíme za Q₁ a Q₂. Délka vazby je pro NaCl 0,276 nanometrů, tak to tam také dosadím. Po vynásobení všeho zjistím, že tato vazba má energii -8,37 krát 10 na -19 joulů. Vzpomeňte si, že záporné číslo vyjadřuje pokles energie v důsledku přitažlivých sil, což v tomto případě dává naprosto smysl. Sodík a chlor jsou navzájem díky svým opačným nábojům k sobě silně přitahovány. Možná vás zarazilo, že nám vyšlo velmi malé číslo, -8,37 krát 10 na -19 joulů. Nezapomeňte však, že se tu bavíme pouze o jednom iontovém páru. A těch -239 kJ, které jsem uváděl u chloru? To bylo pro celý mol těchto molekul. Když to vynásobím 10 na 17, neboť takové množství iontů je v jednom krystalku soli, a pak ještě krát tisíce těchto krystalků v molu, získám podstatně větší energii. Vazba v NaCl je ve skutečnosti velmi pevná. Jelikož jsou tyto vazby tvořeny kladným a záporným nábojem, náboje jsou rozděleny mezi dvě separátní částice, iontová vazba je extrémně polární, mnohem polárnější než polární kovalentní vazba. To byly tři typy vazeb: Nepolární kovalentní vazba, která je založená na rovnoměrném sdílení elektronů a vzniká mezi nekovy anebo polokovy, polární kovalentní vazba, u které jsou elektrony sdíleny nerovnoměrně mezi nekovy nebo polokovy, a iontová vazba založená na přenosu elektronu tvořená mezi kovem a nekovem. Je třeba si ale uvědomit, že existuje mnohem více typů chemických vazeb. Stejně jako lidské vztahy, nemají chemické vazby jasně dané hranice. Vše přechází plynule. Označení jsou užitečná, ale nejsou všechno. Jsou však určité vlastnosti, které jsou typické pro jednotlivé druhy vazeb. Například iontové sloučeniny se nejčastěji vyskytují v krystalické formě, protože ionty se do sebe navzájem obalí, jako u kuchyňské soli. Obecně jsou dobře rozpustné ve vodě, jelikož oba ionty interagují odděleně s kladnými a zápornými oblastmi v molekule vody. A jakmile se oddělí, neboli rozpustí, jsou ionty schopny v roztoku vést proud. Kovalentní sloučeniny oproti tomu jsou za pokojové teploty buď pevné látky, kapaliny, či plyny jako v případě Cl₂. Většinou se nerozpouští ve vodě. A i když se rozpouští, roztok nevede proud. Tyto rozdílné vlastnosti pramení především v rozdílných polaritách v molekulách. Polarita je šíleně důležitá. Tak důležitá, že jí bude věnována celá příští epizoda.
video